Gebäudesimulation VDI 6007

Gebäudesimulation VDI 6007

► Nachweis sommerlicher Wärmeschutz ► Tageslichtsimulation

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Inhalt

Einleitung.......................................................................................................................5

Berechnungsverfahren..............................................................................................5

Berechnungsbeispiel.................................................................................................6

1.0 Nachweis sommerlicher Wärmeschutz - Basis.......................................................7

1.1 Berechnungsgrundlagen.....................................................................................8

1.2 Hüllflächen ........................................................................................................12

1.3 Solarstrahlung ..................................................................................................19

1.4 Äquivalente Außentemperatur..........................................................................20

1.5 Solare Einstrahlung durch Fenster...................................................................21

1.6 Innere Wärmequellen........................................................................................23

1.7 Luftaustausch....................................................................................................25

1.8 Heiz- und Kühleinrichtungen.............................................................................27

1.9 Simulationsergebnisse......................................................................................28

2.0 Nachweis sommerlicher Wärmeschutz – Vergleich .............................................30

2.1 Variante 1 – Sonnenschutz außen....................................................................31

2.2 Variante 2 – Erhöhte Taglüftung .......................................................................34

2.3 Variante 3 – Erhöhte Tag- und Nachtlüftung ....................................................37

2.3.1 Variante 3a – Erhöhte Nacht- und Wochenendlüftung ................................40

2.4 Vergleich ...........................................................................................................43

3.0 Tageslichtsimulation .............................................................................................44

Exkurs – Vordimensionierung Beleuchtung ...........................................................50

4.0 Drucken.................................................................................................................52

Einleitung

Berechnungsverfahren

Das Modul „Gebäudesimulation VDI“ setzt das Berechnungsverfahren nach Prof. Rouvel um, mit dem die Raumtemperaturen sowie der Heiz- und Kühlenergiebedarf eines Raums oder Gebäudes unter gegebenen, äußeren Klimabedingungen, inneren Lasten, der thermischen Raumhülle, der Belüftung und der Heiz- und Kühltechnik analytisch berechnet werden kann. Umgesetzt wurde das zwei Kapazitäten-Modell (2K-Modell), das alle Hüllflächenbauteile zu einer Ersatzkapazität (Wärmespeicherung) und zu einem Ersatzwiderstand (Wärmedurchgang) zusammenfasst. Die Berechnungsergebnisse können für den Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes nach DIN 4108-2:2013 (Begrenzung der Übertemperaturgradstunden) herangezogen werden. Die Simulation arbeitet mit wählbaren TRY-Datensätzen (Test Reference Year), wie in DIN 4108-2 vorgesehen.

Im Gegensatz zum Berechnungsmodul „Thermische Simulation“ (angelehnt an EN ISO 13791) wird in Stundenschritten (8760 Stunden/Jahr) gerechnet, was wegen des analytischen Ansatzes möglich ist. Dadurch ergeben sich wesentlich verkürzte Berechnungszeiten.

Besondere Berechnungsmodelle wurden für den Strahlungsaustausch im Raum, die Einstrahlung durch Fenster ohne / mit Sonnenschutz, die tageslichtabhängige Beleuchtung oder die Steuerung der Heiz- und Kühltechnik entwickelt. Die Ergebnisse der beiden Verfahren sind demnach nicht direkt vergleichbar. In verschiedener Hinsicht kommen besondere, differenzierte Berechnungsmodelle zur Anwendung:

• Eine Ersatzkapazität für die Wärmespeicherung und ein Ersatzwiderstand für den

Wärmedurchgang durch die Raumhülle• Strahlungsmodell ach VDI 6007, Blatt 3 mit Direkt-, Diffus- und Umgebungsstrahlung,

• äquivalente Außentemperatur

• strahlende / konvektive Wärmeverteilung im Raum,

• Verglasungen + Sonnenschutz, Korrekturwerte, Sonnenschutzsteuerung,

• sommerliche Wärmeeinträge durch Fensterlüftung

• innere Wärmequellen, Wochenprofile, strahlende / konvektive Anteile,

• Tageslichtsimulation zur Beleuchtungssteuerung

• Heiztechnik mit Strahlungsanteilen ggf. mit Leistungsbegrenzung, Flächenheizung

• Kühltechnik ggf. mit Leistungsbegrenzung, Flächenkühlung, Regelungstechnik

Programmiert wurde das zwei Kapazitäten-Modell (2K-Modell) nach Prof. Rouvel, dokumentiert in VDI 2078 und VDI 6007. Dieses Verfahren beinhaltet eine große Anzahl von Validierungsbeispielen, anhandderer die Ergebnisse einer Software überprüft, mit den Ergebnissen anderen Programme verglichen und damit validiert werden können. Die Validierungsmaßstäbe und Validierungsdetails sind in VDI 2078, Abs.9.2 angegeben.

☼ Hinweise: Die bereits berechneten Dateien finden Sie im Ordner „C:\dw2020\001-Seminarbeispiele 2020\Gebäudesimulation VDI-fertig“.

DÄMMWERK 2020 | Gebäudesimulation VDI Seite 5 von 54

Berechnungsbeispiel

Die Grundlage für das nachfolgende Beispiel entspricht dem Testbeispiel 12 der Validierungsbeispiele aus der VDI 2078 / VDI 6020.

Typraum S „schwer“ Raumgeometrie

• schwere Bauweise

• Fensterflächen sind nach Süden ausgerichtet

Auszug VDI 6020, Anhang C1 Kenndaten

In der nachfolgenden Tabelle werden die verwendeten Bauteile detailliert beschrieben.


1.0 Nachweis sommerlicher Wärmeschutz - Basis

Übersicht Basis Berechnung

– Typraum S (schwere Bauweise) mit vordefinierten Bauteilen

– Büroraum Fläche: 17,50 qm

– Fensterfläche nach Süden: 7,00 qm

– ohne Sonnenschutz

Bezugswerte nach DIN 4108-2:2013, Tab.9– Grenzwert Übertemperaturgradstunden Nichtwohngebäuden max. 500 Kh/a

– Klimaregion B

– Bezugswert Innentemperatur 26°C

Randbedingungen nach DIN 4108-2:2013, 8.4.2– NWG (Nutzung Mo-Fr, 7-18 Uhr)

– Betrachtungszeitraum: 1 Jahr

– Interne Wärmeeinträge: 144 Wh/(m²d) → 100% konvektive Wärmeeinträge

– Grundluftwechsel während der Nutzung: n=4AGV [ 1

h ]– Grundluftwechsel außerhalb der Nutzung: n= 0,24 h-1

Bauteile

Folgende Bauteile werden als Raumbegrenzungen benötigt und sind bereits im Projekt hinterlegt.

Berechnung

► Laden Sie sich über „Projekte“ das bereits erstellte Projekt „Gebäudesimulation VDI“. Es befindet sich unter „C:\dw2020\001-Seminarbeispiele 2020“. Wechseln Sie nun in der Navigationsspalte in die Kategorie „Gebäudesimulation VDI“ und öffnen die Berechnung „SWS-Gebäudesimulation“.


1.1 Berechnungsgrundlagen

Für den bereits gezeigten Raum soll der sommerliche Wärmeschutz nach 4108-2:2013 nachgewiesen werden. Dieses Berechnungsziel und alle anderen Randbedingen werden im ersten Abschnitt definiert.

Berechnungsziel

► Öffnen Sie über den Schriftzug „Berechnungsziel“ das Fenster „Berechnungsziel + Protokoll“. Für den sommerlichen Wärmeschutz soll die Raumtemperatur untersucht werden – aktivieren Sie diese.

► Da der Nachweis nach DIN 4108-2 geführt werden soll kann die Option „Standardwerte nach DIN 4108-2:2013, Abs.8.4“ gewählt werden.

► Die Standardwerte sollen für ein NWG erstellt werden. Für alle elementaren Bereiche (Raumtemperaturen, Sonnenschutzsteuerung, innere Wärmequellen, Luftwechsel) sollen die Kennwerte nach DIN eingestellt werden.

► Stellen Sie zusätzlich den Sonnenschutz auf „automatisiert“.

► Schließen Sie das Dialogfenster mit „EINSTELLEN“. Dadurch wird in der Kategorie „Heizen für Tmin“ automatisch 18° C bzw. 21° C in der Parametertabelle eingetragen. (siehe nächste Seite)


Diese globale Option definiert folgende Einstellungen:

• In dem Raum soll während der Nutzung mindestens eine Temperatur von 21°C und außerhalb

der Nutzung mindestens 18°C herrschen. Die Raumtemperatur ist somit nach unten begrenzt.• Da der Standort Potsdam voreinstellt ist, ist der Grenzwert der operativen Raumtemperatur auf

die Klimaregion B (26°C) bereits richtig hinterlegt. • Die Bezugstemperatur für die Übertemperaturgradstunden ist mit 26°C definiert.

• NWG (Nutzung Mo-Fr, 7-18 Uhr)

• Betrachtungszeitraum: 1 Jahr

• Interne Wärmeeinträge: 144 Wh/(m²d) → 100% konvektive Wärmeeinträge

• Grundluftwechsel während der Nutzung n=4AGV [ 1

h ] außerhalb der Nutzung n= 0,24 h-1

Über den Schriftzug „Heizen für Tmin“ können nun die gesetzten Temperaturen angezeigt werden. Während der Nutzungszeit (7:00 bis 18:00 Uhr) soll mindestens eine Temperatur von 21° erreicht werden. Außerhalb der Nutzung und am Wochenende wird nur auf 18° C geheizt.

Zur Orientierung: Die Stunde 8 entspricht 7:00 – 8:00 Uhr.


Nutzungszeitraum

☼ Hinweise: Die operative Raumtemperatur ist die gefühlte Temperatur, die sich je zur Hälfte aus der Raumlufttemperatur (konvektiv) und den Oberflächentemperaturen der inneren Bauteiloberflächen (strahlend) ergibt, siehe VDI 6007-1, Gl.103.

Grenzwert für Übertemperaturgradstunden: Entspricht dem Bezugswert für Übertemperaturgradstunden abhängig von der Sommerklimaregion aus Tab.9 der DIN 4108-2. Wenn die operative Raumtemperatur den Grenzwert übersteigt, fallen Übertemperaturgradstunden (= Übertemperatur [°K] * Anzahl Stunden) an. Gezählt wird bei Wohngebäuden an allen Stunden des Jahres, bei Nichtwohngebäuden an den Arbeitstagen Montag bis Freitag in der Zeit von 7:00 bis 18:00 Uhr (fix). Die Jahressumme der Übertemperaturgradstunden in [Kh/a] darf in Wohngebäuden den Grenzwert 1200 Kh/a und in Nichtwohngebäuden den Grenzwert 500 Kh/a nicht überschreiten. Die operative Raumtemperatur kann über die Anlagentechnik nicht direkt eingestellt werden, sondern nur die Raumlufttemperatur.Start-/ Bezugswert: Bezugs- und Anfangstemperatur für das Berechnungssystem. Änderungen an diesem Wert haben im allgemeinen keinen Einfluss auf das Ergebnis, Ausnahme Einschwingzustand zu Beginn der Berechnung

Standort

► Über den Schriftzug „Standort“ können die verwendeten Klimadaten definiert werden. Wählen Sie als Standort „4 Potsdam“ (entspricht 04_Jahr_TRY2010) aus.

Nach der Standortauswahl wird die zugehörige TRY-Datei (siehe Ordner „TRY-Datensätze“ im Installationsverzeichnis) im Hintergrund automatisch geöffnet und unmittelbar in eine THK-Datei umgeformt und unter „benutze THK-Datei“ angezeigt. Sie erhalten danach folgende Meldung. Bestätigen Sie diese mit „OK“ und schließen das Fenster zu den Klimadaten.


☼ Hinweis: Die THK-Dateien enthalten Informationen zum Datei Inhalt, der Höhe sowie dem Längen- und Breitengrad der Wetterstation des gewählten Standortes. Außerdem werden die nötigen Berechnungsparameter für die 356 Tage des Jahres angegeben:

• - Direktnormalstrahlung [W/m²], Stunde 1..24

• - Diffusstrahlung [W/m²], Stunde 1..24

• - Außentemperaturen [°C], Stunde 1..24

• - Bedeckungsgrad [Achtel], Stunde 1..24

• - atmosphärische Gegenstrahlung [W/m²], 1..24

• - Wärmeabstrahlung [W/m²], 1..24.

Über „TRY-Dateien einlesen“ können für den Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes Klimadatendes deutschen Wetterdienstes aus dem Jahr 2010 eingelesen werden. Mit dieser Option können zudem hochgerechnete Klimadatensätze für 2035 oder solche mit besonders heißen Sommern bzw. besonders kalten Wintern herangezogen werden.

Berechnungszeitraum

► Der örtliche Dialog wird über „erster Berechnungstag“ geöffnet. Für diesen Nachweis soll das Jahr 2010 beginnend mit dem 01.01.2010 ausgewählt werden.

SommerzeitInfolge der Zeitumstellung verändern sich die Sonnenhöhe und die Einfallswinkel der Sonne zu den Nutzungsstunden des Gebäudes. Dieser Einfluss ist rechnerisch zu berücksichtigen.

► Geben Sie den Zeitraum (Letzter Sonntag im März bis letzter Sonntag im Oktober) über den Kalender ein.


1.2 Hüllflächen

In diesem Abschnitt wird der nachzuweisende Raum mit seinen Bauteilen beschrieben.

Raumdefinition

► Durch Klick auf den Schriftzug „Raum“ öffnet sich das Dialogfenster. Tragen Sie hier die Raumbezeichnung (Büroraum) und die Grundfläche (17,50 m²) ein. Zudem soll hier auch die Gebäudenutzung (NWG) und die spezielle Raumnutzung (Mo-Fr) hinterlegt werden. Durch Klick auf den Schriftzug können Sie Änderungen vornehmen. Bestätigen Sie die Eingaben mit „OK“.

Begrenzende Bauteile

Die Hüllflächen des betrachteten Raums sind von zentraler Bedeutung für die Berechnung. Die Raumhülle absorbiert und speichert Wärme und sie ermöglicht den Wärmetransport zwischen Raum und Außenumgebung. Die beteiligten Bauteile sind daher mit ihrer Größe und dem Bauteilaufbau sowieden verwendeten Baustoffen zu beschreiben. Brutto- und Nettoflächen werden im allgemeinen nicht thematisiert, man rechnet mit den Innenabmessungen.

Alternativ zur manuellen Auswahl der Bauteile gibt es die Möglichkeit die Bauteile aus der thermischen Simulation oder einer Heizlastberechnung automatisch zu übernehmen. In der Regel unterscheiden sich aber diverse Einzelwerte oder fehlen ganz, wie etwa Typisierungen, g-Werte, Absorptionskoeffizienten usw.. Übernommen werden Größe und Bezeichnung der Bauteilfläche, Orientierung, Neigung sowie die Schichtenparameter Rohdichte, Schichtdicke, lambda-Wert und spezifische Wärmespeicherfähigkeit. Die Parameter sollten überprüft, angepasst und ergänzt werden.


Da in den nachfolgenden Tabellen bereits vier von den sechs angrenzenden Bauteilen für das Beispiel hinterlegt sind, werden die restlichen zwei Bauteile manuell angelegt.

► Die Außenwand und das Fenster müssen noch eingefügt werden. Wählen Sie über „xxx“ → (neu) einlesen“ das Bauteil „AW1“ aus der Bauteilübersicht aus.

Eingelesen werden nun Hüllflächen- und Baustoffparameter des Bauteils, die den Wärmedurchgang und das Wärmespeichervermögen beeinflussen.

► Legen Sie nun im Dialogfenster die fehlenden Informationen fest:

• Flächengröße: 3,50 m²

• Flächentyp: Außenbauteil

• Orientierung: Süd

• Emissionskoeffizient außen: 0,90 Baustoffe

• Absorptionskoeffizient außen: 0,6 Beton, Putz

• Wärmeübergangskoeffizienten: für Außenwand 2,7 / 20 / 5 W/(m²K)


☼ Hinweise: Beim Flächentyp für die Gebäudesimulation sind Außen- und Innenbauteile, Fenster und Bauteile zu angrenzenden, abweichend temperierten Zonen zu unterscheiden. Die Berechnung der äquivalenten Außentemperatur berücksichtigt die Außenbauteile und Fenster sowie die Bauteile zu angrenzenden Bereichen. Die „Außentemperatur“ der letztgenannten Hüllflächen ist die konstante Temperatur auf der raumabgewandten Seite dieser Hüllfläche, z.B. die Temperatur im Keller. Innenbauteile sind Hüllflächen im Gebäude zu ähnlich temperierten Nachbarräumen. Sie verursachen keine Wärmeströme, speichern aber Wärme. Die Unterscheidung in Innen- und Außenbauteile ist für die Aufteilung der solaren Gewinne von Bedeutung. Da Fenster kein Wärmespeichervermögen besitzen werden Sie als Sonderfall behandelt.

Emissionskoeffizient der äußeren Bauteiloberfläche für langwellige Wärmeabstrahlung zur Berechnung der äquivalenten Außentemperatur.

Absorptionskoeffizient der äußeren Bauteiloberfläche für kurzwellige Einstrahlung zur Berechnung der äquivalenten Außentemperatur. Der Absorptionskoeffizient ist für Verglasungen nicht relevant (=0), siehe unten. (VDI 6007/1 Gl.32 ff.)

Bei den Wärmeübergangskoeffizienten ist zwischen konvektivem und strahlendem Übergang zu differenzieren. Der strahlende Wärmeübergang ist innen und außen 5 W/(m²K).Der konvektive Wärmeübergang ist

• an Decken und Fußböden 1,67 W/(m²K)

• an Wänden innen 2,7 W/(m²K)

• und an Außenwänden außen (mit Windbewegung) 20 W/(m²K).

Die Kehrwerte der Summen aus konvektivem und strahlendem Wärmeübergang führen zu den bekannten Wärmeübergangswiderständen, wie z.B. Außenwand innen: 1 / (2,7 + 5) = 0,13 m²K/W oderAußenwand außen: 1 / (20 + 5) = 0,04 m²K/W.

Das Bauteil Außenwand „AW1“ sollte so beschrieben werden:


► Öffnen Sie nun wieder über „xxx“ das Dialogfenster zur Hüllfläche und laden über „(neu) einlesen“ das Fenster „AF1“.

Für transparente Bauteile werden diverse zusätzliche Parameter benötigt. Der gekennzeichnete Bereich zeigt die differenzierten Kennwerte im Gegensatz zu den herkömmlichen Bauteilen.

► Ergänzen Sie zuerst die Fensterfläche von 7,00 m². Definieren Sie nun die Art der Verglasung über „Glas + Sonnenschutz (Liste)“ und wählen eine „2-fach Isolierverglasung“ → „ohne Sonnenschutz“.

Durch diese Auswahl werden zusätzlich unter „Glas + Sonnenschutz“ und dem „Rahmenanteil“ die entsprechenden Kennwerte eingetragen. Die hinterlegten Werte sind der VDI 6007 Blatt 2, Anhang 2 entnommen und stellen Standardwerte dar, können ggf. aber modifiziert werden. Das Fenster wurde automatisch der AW1 zugeordnet.

Bei der Option „Überhöhungswinkel“ kann ein „Verbauwinkel“ > 0° z.B. für umgebende Bebauung oder Landschaft (Gebirge) angegeben werden, wenn die Verbauung die Sonneneinstrahlung beeinflusst. In diesem Beispiel ist das aber nicht der Fall.

Die eingegebenen Parameter werden nachfolgend näher im Dialogfenster „Glas + Sonnenschutz beschrieben.


In dem Fenster „Glas + Sonnenschutz“ sind diverse Kenndaten hinterlegt.

Verglasung Beschreibung der gewählten Verglasung mit / ohne Sonnenschutz.

Anzahl Scheiben

Die Anzahl der Scheiben beeinflusst die Korrekturwerte „kor,g“ für den nicht senkrechten und nicht parallelen Strahlungseinfall nach Blatt 3, Gl. 45 / 56.

g-Wert / g,tot,Dir / g,tot,Diff

Gesamtenergiedurchlassgrade der Verglasung ohne Sonnenschutz („g-Wert“), mit Sonnenschutz für Direktstrahlung („g,tot,Dir“) und mit Sonnenschutz für Diffusstrahlung (g,tot,Diff). Aus Auswahl 348 eingelesen oder manuell festgelegt.

a,kon Der Anteil der Solarstrahlung, der an den Glasscheiben in einen konvektiven Wärmeeintrag umgewandelt wird, bei Bedarf zwei Werte ohne / mit Sonnenschutz.

Sonnenschutz Lage

Die „Sonnenschutz Lage“ ist von Bedeutung, wenn der Sonnenschutz außen angebracht ist, weil dann die diffusen Strahlungsanteile von klaren und bedeckten Himmelsregionen nicht unterschieden werden (alles bedeckt). Ohne außenliegenden Sonnenschutz wird in Diffusstrahlung vom bedeckten und vom klaren Himmel unterschieden (Bedeckungsgrad).

delta,gV Bei Fensterlüftung mit geschlossenem, außen liegendem Sonnenschutz (Kippfenster)wird ein Teil der (auf den Sonnenschutz auftreffenden) Einstrahlung als zusätzlicher, konvektiver Wärmeeintrag an den Raum abgegeben. Der Einfluss wird mit dem Faktor delta,gV beschrieben, Anhaltswerte siehe VDI 6007, Blatt 3, Tab.2.Hinweis: Der zusätzliche Wärmeeintrag durch Kippfenster ist derzeit noch nicht validiert.

Sonnenschutz ab

Grenzbestrahlungsstärke für das manuelle oder automatisierte Schließen bzw. Öffnen der Sonnenschutzvorrichtung. Die vorhandene Bestrahlungsstärke ist die Summe der Solarstrahlung auf die Fensterfläche (mit Dir = Direktstrahlung, Diff = Diffusstrahlung, Umg = Umgebungsstrahlung bzw. Bodenreflektion).

… am Wochenende

Grenzbestrahlungsstärken für den Sonnenschutz am Wochenende. Auswahl „ohne Sonnenschutz“, „geschlossener Sonnenschutz“ oder „wie an Nutzungstagen“.

TL / TL,tot,Dir / TL,tot,Diff

Lichttransmissionsgrad der Verglasung ohne Sonnenschutz, bei geschlossenem Sonnenschutz für Direktstrahlung und bei geschlossenem Sonnenschutz für Diffusstrahlung, analog zu den g-Werten. Lichttransmissionsgrade werden für die Tageslichtsimulation benötigt, siehe interne Wärmelasten, Beleuchtung.

g,Dir,0 / tau,Dir,0

Bezugswerte (0-Werte) zur Berechnung der Korrekturwerte „kor,g“ und „kor,tau“ für den nicht senkrechten Strahlungseinfall. Die VDI-RL enthält dazu Pauschalwerte, bei neueren Fenstern mit besseren U-Werten und für die Validierung sollen die Bezugswerte aber rechnerisch bestimmt werden.


► Wählen Sie nun die restlichen Kennwerte aus:

• Emissionskoeffizient außen: 0,88 Glas

• Absorptionskoeffizient außen: 0,00 nicht relevant (Verglasung)

• Wärmeübergangskoeffizienten: für Außenwand / Fenster

Das Fenster wird nun so in der Berechnung angezeigt:


Ersatzmodell

Das zwei Kapazitäten-Modell (2K-Modell) nach VDI 6007, Blatt 1 fasst die Wärmedurchgangswiderstände aller Hüllflächen zu einem Ersatzwiderstand und die Wärmespeicherfähigkeiten zu einer Ersatzspeicherfähigkeit zusammen. Mit diesen konstanten Parametern kann die Reaktion des Raums auf Änderungen des Außenklimas und auf Wärmeeinträge in den Raum ausreichend genau beschrieben werden.

Die Ersatzwiderstände (R1) der Bauteile werden aus den Baustoffschichten über eine komplexe Matrizenmultiplikation ermittelt. Diese werden anschließend parallel geschaltet (zusammengefasst), siehe VDI 6007, Blatt 1, Gl.23. Dabei ist zwischen Innenbauteilen (alle bezeichnet mit „IW“ - auch Decken und Fußböden) und Außenbauteilen (AW) zu unterscheiden. Die Einheit [K/W] zeigt, dass die R1-Werte bereits mit den Bauteilflächen multipliziert sind.

Die Spalte C1 stellt die Wärmespeicherfähigkeiten, zusammengefasst mit Gleichung.24 dar. Die Wärmespeicherfähigkeit von Fensterbauteilen „(06) AW“ spielt keine Rolle und wird daher vernachlässigt.

Die Wärmeübergangskoeffizienten der einzelnen Hüllflächen entsprechen den vorherigen Eingaben des Bauteils.


1.3 Solarstrahlung

Die solare Einstrahlung auf die Außenflächen (Fassaden, Dachflächen) beeinflussen die äquivalente Außentemperatur und die Einstrahlung durch die transparenten Flächen in den Raum.

In der ersten Tabelle werden die Außenlufttemperaturen (Te), die direkte (Pdir,h) und diffuse (Pdiff,h)

solare Einstrahlung auf eine horizontale Fläche angezeigt. Zudem wird die Ausstrahlung der

Erdumgebung / terrestrische Wärmestrahlung (EErd) und die atmosphärische Gegenstrahlung (EAtm)

aus dem TRY Datensatz aufgeführt.

Die dargestellten Parameter aus der zweiten Tabelle sind:

COSe Der Cosinus des Einstrahlwinkels der Sonne relativ zur betrachteten Fläche nach VDI 6007, Blatt 3, Gl.11: COSe = SIN( gs) * COS( gF) + COS( gs) * SIN( gF) * COS(abs( aF - as))

mit der Bauteilneigung gF (90° = senkrecht), der Bauteilorientierung aF (180° = Süd), der

Sonnenhöhe gs (in Grad nach Gl.7) und dem Sonnenazimut as (Position der Sonne, 180° = Süd). Negative Werte für COSe erhält man, wenn die Sonne hinter der betrachteten Fläche steht. Auf die Fläche kann dann keine Direktstrahlung fallen, wohl aber Diffus- und Umgebungsstrahlung, sofern die Sonnenhöhe > 0° ist (Tagzeit).

Pdir,F Direkte Einstrahlung auf die betrachtete Fläche F nach Gl.30Pdir,F = Pdir,h / SIN( gs) * COSe

Pdiff,F Die diffuse Einstrahlung auf die betrachtete Fläche F. Die (komplizierte) Berechnung dieses Parameters berücksichtigt die Anteile von klarem und bedecktem Himmel (Bedeckungsgrad),siehe VDI 6007, Blatt 3, Abs.7.2.

PUmg,F Umgebungsstrahlung auf die betrachtete Fläche F nach Gl.50:PUmg,F = (Pdir,h + Pdiff,h) * 0,5 * Umg * (1 - COS( gF))Umg ist darin der Bodenreflexionsgrad, der im allgemeinen mit dem Wert 0,2 angenommen wird.


1.4 Äquivalente Außentemperatur

Da nur mit einem Wärmedurchgangswiderstand und einer Speicherkapazität gerechnet wird, macht es Sinn, auch die Temperaturen der äußeren Bauteiloberflächen zu einem Wert zusammenzufassen.

Die in der ersten Tabelle aufgeführten Emissions- und Absorptionskoeffizienten sind bereits in der jeweiligen Hüllfläche ausgewählt worden. Sie beeinflussen die langwellige Wärmestrahlung (durch Zuschlag dTlangw) und die kurzwellige Solarstrahlung (durch Zuschlag dTkurw.). Der äußere

Wärmeübergangskoeffizient (gesamt) wurde ebenfalls aus der Hüllflächeneinstellung übernommen.

Der Bewertungsfaktor (Bv) von 0,875 für das Fenster bedeutet, dass der Anteil des Fensters am Wärmetransport und damit an der äquivalenten Außentemperatur 87,5% beträgt, der reine Flächenanteil dagegen wäre lediglich 66,7% (7 qm Fensterfläche / 10,5 qm Fläche Außenwand).

Die äquivalente Außentemperatur eines jeden Außenbauteils erhält man aus der Summe der Außenlufttemperatur und den Zuschlägen „dTlangw.“ (langwellige Wärmeabstrahlung zum Himmel) und „dTkurzw.“ (kurzwellige Solarstrahlung). Siehe VDI 6007, Blatt 1, Gl.32ff

Ta,eq = Ta,Lu + dTlangw. + dTkurzw.

Diese Außentemperatur wird für jede äußere Bauteiloberfläche und jede Stunde im Betrachtungszeitraum ermittelt. Für die Ermittlung der gewichteten äquivalenten Außentemperatur werden die jeweiligen Außenbauteile mit dem Bewertungsfaktor Bv (siehe Tabelle Bewertungsfaktoren) multipliziert. Siehe VDI 6007, Blatt 1, Gl.41.


1.5 Solare Einstrahlung durch Fenster

Die solare Einstrahlung in den Raum findet über die transparenten Flächen (Verglasungen) statt. Die oben beschriebene, auf die äußere Oberfläche auftreffende Solarstrahlung muss dazu die Verglasung und ggf. den Sonnenschutz passieren.

Die bereits definierten Einstellungen des Bauteils „(06) AF1“ werden im ersten Abschnitt zusammengefasst dargestellt. Über den Schriftzug „Fensterbauteil“ können die Einstellungen ggf. noch korrigiert werden. Über den Schriftzug „Betrachtungstag“ kann der Tag, der in der Tabelle unten detailliert dargestellt wird ausgewählt werden.

Der Sonnenschutz wird geschlossen, wenn die Solarstrahlung auf die betrachtete Fläche den Wert der angegebenen Grenzbestrahlungsstärke übersteigt. Bei geschlossenem Sonnenschutz wird ein „+“ in der Zeile „Sonnenschatz“ angezeigt, ansonsten ein „-“. Die Anzeige bezieht sich auf den oben ausgewählten Betrachtungstag. Kriterium = PDir,F + PDiff,F + PUmg,F > Grenzbestrahlungsstärke. In dieser Berechnung ist kein Sonnenschutz hinterlegt (→ g-Wert ohne Sonnenschutz, → Grenzbestrahlungsstärke nicht definiert)

Pdir,F,kor Direkte, solare Einstrahlung in den Raum, korrigiert.Die kurzwellige, in den Raum gelangende Einstrahlung wird allgemein nach Gl. 55 / 56 berechnet

PRaum = PF * g´ * korg

PF ist darin die außen auftreffende Solarstrahlung (siehe Abschnitt „Solarstrahlung“), g´ der g-Wert ohne oder mit Sonnenschutz und korg ein Korrekturfaktor für nicht senkrechten und nicht parallelen Strahlungseinfall. Der korg Wert ist unter anderem aus DIN V 18599-2 bekannt, die Korrektur für nicht senkrechten Strahlungseinfall wird dort mit pauschal 0,9 angenommen. VDI 6007, Blatt 3 berechnet den korg Wert wesentlich genauer und aufwändiger (siehe unten).

Pdiff,F,kor Diffuse Einstrahlung in den Raum mit den Strahlungskomponenten Pdiff,klar,F und Pdiff,bed,F für den klaren und den bedeckten Himmel.

PUmg,F,kor Diffuse Einstrahlung in den Raum, Anteil aus der Bodenreflektion.

korg Die Berechnung der korg-Werte ist komplex und kann nicht nachvollziehbar dargestellt werden. Für alle vier Strahlungskomponenten Pdir,F, Pdiff,klar,F, Pdiff,bed,F und PUmg,F werden separate korg-Werte ermittelt. Dabei werden der Einfallswinkel der Sonne (zeitabhängig), die Anzahl der Glasscheiben, die Fensterneigung und der U-Wert berücksichtigt. Genaueres siehe VDI-RL Abs.8.1.


außenliegenderSonnenschutz

Für den (häufigen) Sonderfall des außenliegenden Sonnenschutzes ist bei geschlossenem Sonnenschutz für alle vier Strahlungskomponenten mit dem korg-Wert für den gleichmäßig bedeckten Himmel korg,diff,bed zu rechnen.

QIL,str,(i) Gesamte, solare Wärmeeinstrahlung durch das Fenster i

QIL,str = Fensterfläche * (1 - Rahmenanteil) * (Pdir,F + Pdiff,F + Pumg,F)


1.6 Innere Wärmequellen

Bei inneren Wärmequellen unterscheidet man Personenabwärme, Geräteabwärme, Abwärme aus Beleuchtung (Kunstlicht) und sonstige Wärmequellen. Für jede Wärmequelle können 24 Stundenwerte festgelegt werden. Der strahlende und konvektive Anteil der Wärmeabgabe (Beleuchtung überwiegend strahlend, Geräteabwärme überwiegend konvektiv) wird benötigt, um die Summe der strahlenden Anteile auf die Innen- und Außenbauteile aufzuteilen.

Die Raumnutzung (Mo-Fr) ist bereits hinterlegt. Für den Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes nach 4108-2 wird mit einem pauschalen internen Wärmeeintrag von 144 Wh/(m²d) gerechnet – das entspricht umgerechnet 229 Watt ((144 Wh/(m²d) * 17,50 qm)/ 11 h).

► Ergänzen Sie diesen Eintrag für den Zeitraum 7:00-18:00 Uhr angesetzt.

Alternativ kann der Standardwert über „Standardeinstellungen 4108-2“ → „innere Wärmequellen“ → „EINSTELLEN“ erneut geladen werden.

☼ Hinweis: Die Werte können auch manuell eingegeben werden. Über die Option „sonstige Wärmequellen“ → „Stundenwerte“ öffnet sich die Parametertabelle.

Für eine Eingabe in der Parametertabelle nutzen Sie am besten die Serieneingabe. Setzten Sie dazu eine Raute (#) in der gewünschten Zeile vor den Wert. In der zweiten Abfrage geben Sie Stundenanzahl ein. Somit wird für gewählte Stunden der gleiche, aufeinanderfolgende Stundenparameter gesetzt.


Die inneren bzw. internen Wärmequellen in Nichtwohngebäuden treten nur an Nutzungstagen auf und sollen laut DIN 4108-2 rein konvektiv sein (Strahlungsanteil = 0%).

Die Tabelle sollte nun so aussehen:

Die Werte in der Zeile QIL,I (Summe aller Wärmequellen) und QIL,kon I (Konvektive Anteil) sind in

diesem Fall identisch, da die Wärmeeinträge zu 100% als konvektiv eingestuft werden. Ein strahlender Anteil ist nicht vorhanden.


1.7 Luftaustausch

Vorgesehen ist eine Grundlüftung (Fugen, Undichtigkeiten) für den Regel- und den Wochenendbetrieb, jeweils 24 Stundenwerte. Außerdem kann eine erhöhte Lüftung angegeben werden, die beim Erreicheneines anzugebenden Grenzwertes der Raumlufttemperatur aktiviert wird. Erhöhte Lüftung z.B. durch manuelles Fensteröffnen oder eine Lüftungseinrichtung.

► Geben Sie zunächst das Volumen (17,50 m² *3,00 m) über den Schriftzug „Raumluftvolumen“ ein.

Die globale Einstellung der „Standardwerte nach DIN 4108-2“ hat hier bereits die Grundlüftung nach Norm eingetragen. Über „Grundlüftung“ → „Parametertabelle“ können die Werte überprüft werden.Während der Nutzungsstunden wird eine zusätzliche Fensterlüftung durch Nutzer angesetzt, außerhalbder Nutzungsstunden nur die Infiltration (Undichtigkeiten)

In der Rubrik „gilt ab Raumlufttemperatur“ wird nichts eingetragen, da derLuftwechsel konstant angesetzt werden soll. Die Grundlüftung soll nur fürNutzungstage gelten.

☼ Hinweis: Sollten Sie nachträglich das Volumen ändern, müssen Sie entweder die Werte manuell in der Parametertabelle anpassen oder die Standardwerte nach DIN 4108-2 unter „Berechnungsziel“ erneut anwählen.


Die Grundlüftung am Wochenende entspricht dem Luftwechsel außerhalb der Nutzungszeit. Dieser ist unter „Grundlüftung (WE)“ ebenso bereits eingetragen. Auch bei der Grundlüftung am Wochenende gibt es keine Raumlufttemperatur Begrenzung.

Die Tabelle zeigt den Luftaustausch für den Betrachtungstag und den dadurch verursachten Wärmetransport bezogen auf eine Temperaturdifferenz von 10°K. Die Berechnungsformel ist angegeben. Im Simulationsbetrieb wird der wahre, zeitabhängige Temperaturunterschied zur Außenluft verwendet.

Der Luftwechsel ist außerhalb der Nutzungszeiten (18:00 bis 7:00 Uhr) mit 13 m³/h und während derNutzungsstunden (7:00 bis 18:00 Uhr) mit 70 m³/h definiert.


1.8 Heiz- und Kühleinrichtungen

Wie oben beschrieben soll die Raumtemperatur in den Nutzungszeiten mindestens 21°C, ansonsten mindestens 18°C betragen. Um das zu bewerkstelligen, wird eine Heizung vorgesehen.

► Geben Sie über „Heiz- und Kühltechnik“ einen „Plattenheizkörper“ mit 50/50 Anteil strahlender /konvektiver Wärmeübergabe ein. Die „maximale Heizleistung“ soll nicht begrenzt werden, sondern nach Bedarf geregelt. Bestätigen nach der Eingabe das Dialogfenster mit „OK“.

Die Heizung ist somit eingestellt:


1.9 Simulationsergebnisse

► Nachdem alle nötigen Eingaben vorhanden sind kann das Ergebnis berechnet werden. Sie starten die Neuberechnung über „Berechnungsoptionen“ → „NEU BERECHNEN“.

Das Ergebnis erscheint nun im Abschnitt „Simulationsergebnisse“

► Speichern Sie die Berechnung als „SWS-Gebäudesimulation-Basis.dwe“ ab.

► Parallel zur Tabelle werden die Ergebnisse auch grafisch ausgegeben. Dort werden die Spitzenzeiten schnell deutlich. Aktivieren Sie die Ergebnis Grafik über „Berechnungsoptionen“ → „2 Ergebnisgrafik VDI 2078“. In der Grafik können Sie zwischen der Anzeige „Stundenwerte“ oder „Tagesmittelwerte“ wählen. Die Übertemperaturgradstunden sind jeweils zusätzlich anzuwählen.


Darstellung der Raumtemperaturen mit Stundenwerten und den Übertemperaturgradstunden (ohne Sonnenschutz)

Darstellung der Raumtemperaturen mit Tagesmittelwerten (ohne Sonnenschutz)


2.0 Nachweis sommerlicher Wärmeschutz – Vergleich

Die Simulation mit Grundlüftung und ohne Sonnenschutz überschreitet mit mehr als 10.000 Übertemperaturgradstunden den Grenzwert aus DIN 4108-2 (500 Kh) deutlich. Da jetzt eine sinnvolle Lösung für den sommerlichen Wärmeschutz ausgearbeitet werden soll gibt es am Ende des Berechnungsprotokolls die Möglichkeit die Kennwerte mehrerer Berechnungen miteinander zu vergleichen. Diese Option wird für die nachfolgend beschriebenen Varianten benötigt.

► Aktivieren Sie diese Option über „Berechnungsoptionen“ → „Vergleichstabelle“.

Die leere Tabelle wird am Ende des Berechnungsprotokolls dargestellt.


2.1 Variante 1 – Sonnenschutz außen

Als erste Variante wird der Berechnung ein Sonnenschutz hinzugefügt.

Übersicht Variante 1 – mit Sonnenschutz




– + Sonnenschutz: Jalousie 45° außen


– Klimaregion B


Randbedingungen nach DIN 4108-2:2013, 8.4.2– NWG (Nutzung (Mo-Fr, 7-18 Uhr)




h ]– Grundluftwechsel außerhalb der Nutzung: n= 0,24 h-1

► Um die Basisrechnung nicht zu verändern kopieren Sie zuerst die geladene Berechnung und speichern diese unter „SWS-Gebäudesimulation-Variante 1.dwe“ ab.

► Die Verglasung soll einen Sonnenschutz bekommen. Dazu muss die Auswahl des Fensters verändert werden. Gehen Sie zu „(06) AF1, Typ „Fenster“...“ → „Glas + Sonnenschutz (Liste)“ und wählen als Sonnenschutz eine „Jalousie 45° außen“ an.

► Über die Kategorie „Glas + Sonnenschutz“ können spezifische Einstellungen gemacht werden. Öffnen Sie dieses Dialogfenster.


► Die oberen Werte wurden aus der Fensterauswahl übernommen.

Bei Fensterlüftung mit geschlossenem, außen liegendem Sonnenschutz (Kippfenster) wird ein Teil der (auf den Sonnenschutz auftreffenden) Einstrahlung als zusätzlicher, konvektiver Wärmeeintrag an den Raum abgegeben. Der Einfluss wird mit dem Faktor delta,gV beschrieben, Anhaltswerte siehe VDI 6007, Blatt 3, Tab.2.

Der Kennwert „Sonnenschutz ab“ → „200 W“ ist die Standardeinstellung aus DIN 4108-2 (Sonnenschutz wird manuell oder motorisch geschlossen, wenn die Einstrahlung auf das Fenster > 200 Watt/m² erreicht.

► Am Wochenende sollen die Jalousien geschlossen bleiben. Daher wählen sie bei „Sonnenschutz am Wochenende“ → „geschlossen“ aus und bestätigen alle Dialogfenster mit „OK“. Bei geschlossen Jalousien ist die Sturmsicherheit in der Praxis zu beachten bzw. zu klären.

► Nach dieser Änderung können die Werte über „NEU BERECHNEN“ in den „Berechnungsoptionen“ durchgerechnet werden.

Die Werte der Übertemperaturgradstunden haben sich durch den Sonnenschutz enorm verbessert. Durch die Verwendung einer Jalousie wurden über 9.600 Kh eingespart – das entspricht einer Reduzierung von ca. 88%. Dennoch wird der sommerliche Wärmeschutz mit diesen Randbedingungen noch nicht eingehalten. Es ergeben sich noch 1.312 Kh.


Darstellung der Raumtemperaturen mit Stundenwerten und den Übertemperaturgradstunden

► Hinterlegen Sie nun in der Vergleichstabelle die Kennwerte der aktuellen Berechnung. Wählen Sie dazu „berechnete Werte merken“ → „Variante 1“ → „Jalousie 45° Außen (WE geschlossen), Grundlüftung“ ab.

► Die Ergebnisse wurden in der Tabelle notiert - Speichern Sie nun die Datei als „Variante 1“ ab.


2.2 Variante 2 – Erhöhte Taglüftung

Der Sonnenschutz hat die Übertemperaturgradstunden zwar enorm reduziert, jedoch ist der Grenzwert noch nicht erreicht. In dieser Variante wird zusätzlich ein erhöhter Tagluftwechsel angesetzt.. Umgesetzt wird dieser Luftaustausch durch manuelle Fensterlüftung. Eine Fensterlüftung ist nur sinnvoll wenn die Raumlufttemperatur über der Außenlufttemperatur liegt. In der Berechnung wird das so berücksichtigt.

Übersicht Variante 2 – erhöhte Lüftung (Tag / Naht)




– Sonnenschutz: Jalousie 45° außen


– Klimaregion B





– Grundluftwechsel außerhalb der Nutzung (am Wochenende): n= 0,24 h-1

– + erhöhter Tagluftwechsel (während der Nutzung): n= 3 h-1

► Legen Sie die Variante 2 an indem Sie die geladene Berechnung unter „SWS-Gebäudesimulation-Variante 2.dwe“ abspeichern.


► In der Kategorie „Luftaustausch“ soll der erhöhte Luftwechsel eingestellt werden. Öffnen Sie das Menü über „Raumvolumen“ → „Standardeinstellungen DIN 4108-2“. Durch Klick auf „erhöhte Taglüftung“ wird der erhöhte Luftaustausch angesetzt. Mit „EINSTELLEN“ werden die Werte übernommen.

► Öffnen Sie die Einstellungen der „erhöhten Lüftung“ und prüfen Sie diese. Die erhöhte Lüftung wurde mit 158 m³/h (Mo. -Fr. 7:00-18:00 Uhr) angesetzt und überschreibt somit die Einstellungen der Grundlüftung in dem gewählten Zeitpunkt. Der erhöhte Luftwechsel soll erst ab einer Raumlufttemperatur von 23°C aktiv werden. Stellen Sie diese Begrenzung ein.

► Betätigen Sie die Einstellungen mit „OK“.

Die Einstellungen sehen so aus:


► Nach dieser Änderung können die Werte über „NEU BERECHNEN“ in den Berechnungsoptionen durchgerechnet werden.

Die Werte der Übertemperaturgradstunden haben sich durch die erhöhte Lüftung wieder verbessert, der sommerliche Wärmeschutz ist mit diesen Randbedingungen schon eingehalten. Es ergeben sich nur noch 366 Übertemperaturgradstunden.


► Hinterlegen Sie nun in der Vergleichstabelle die Kennwerte der aktuellen Berechnung. Wählen Sie dazu „berechnete Werte merken“ → „Variante 2“ → „Jalousie 45° außen (WE geschlossen), erhöhte Taglüftung Mo-Fr“ ab.

► Speichern Sie die Datei als „SWS-Gebäudesimulation-Variante 2“ ab.


2.3 Variante 3 – Erhöhte Tag- und Nachtlüftung

Der Grenzwert der Übertemperaturgradstunden wurde durch die erhöhte Lüftung am Tag bereits erreicht. Als zusätzliche Abwandlung wird dieser Variante eine Lüftungsanlage für die Tag- und Nachtlüftung eingesetzt.

Für einen erhöhten Nachtluftwechsel müssen in Bürogebäuden die technischen Möglichkeiten geprüft werden, (Lüftungsanlage mit Steuertechnik). Wenn eine Lüftungsanlage vorhanden ist, kann bei Bedarfam Wochenende auch ganztägig gelüftet werden.

Übersicht Variante 3 – erhöhte Lüftung (Tag / Nacht)






– Klimaregion B





– Grundluftwechsel außerhalb der Nutzung (am Wochenende): n= 0,24 h-1

– erhöhter Tagluftwechsel (während der Nutzung): n= 3 h-1

– erhöhter Nachtluftwechsel (außerhalb der Nutzung): n= 2 h-1 (Lüftungsanlage)

In dieser Variante soll zusätzlich außerhalb der Nutzungszeiten von Montag bis Freitag eine Lüftungsanlage für einen erhöhten Luftwechsel sorgen. Die Lüftung während der Arbeitsstunden wird auch von der Lüftungsanlage übernommen.

► Legen Sie die Variante 3 an indem Sie die geladene Berechnung unter „SWS-Gebäudesimulation-Variante 3.dwe“ abspeichern.


► Navigieren Sie das Berechnungsprotokoll zum Abschnitt „Luftaustausch“.Wählen Sie über das Dialogfenster „Raumluftwechsel“ die „erhöhte Lüftung“ aus. Über die Parametertabelle können Sie einen Nachtluftwechsel von 105 m³/h (entspricht n= 2 h-1) außerhalb der Nutzungsstunden eintragen.

Die erhöhte Lüftung am Tag ist bereits mit 158 m³/h eingetragen. Die 24-Stundenwerte während der Nutzung überschreiben somit die reguläre Grundlüftung von Montag bis Freitag. Die Einträge sehen wie folgt aus:

Die neuen Einstellungen sehen so aus:



Die Werte der Übertemperaturgradstunden haben sich durch die kontrollierte Lüftung um ein vielfachesverbessert, der Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes ist mit diesen Randbedingungen erreicht.Es ergeben sich nur noch 100 Übertemperaturgradstunden.



► Hinterlegen Sie nun in der Vergleichstabelle die Kennwerte der aktuellen Berechnung. Wählen Sie dazu „berechnete Werte merken“ → „Variante 3“ → „Jalousie 45° außen (WE geschlossen), erhöhte Tag- und Nachtlüftung Mo-Fr“ ab.

► Speichern Sie die Datei als „SWS-Gebäudesimulation-Variante 3“ ab.

2.3.1 Variante 3a – Erhöhte Nacht- und Wochenendlüftung

In der berechneten Variante mit einer erhöhten Tag- und Nachtlüftung wird der Grenzwert der Übertemperaturgradstunden mit 154 Kh weit unterschritten. Um den Spielraum bis zum Grenzwert von 500 Kh auszunutzen soll die Ausführung mit der erhöhten Tag- und Nachtlüftung etwas abgewandelt werden. Es soll getestet werden, ob es ausreicht die Lüftungsanlage ausschließlich außerhalb der Nutzungszeit und am Wochenende (komplett) zu betreiben. Auf die erhöhte Taglüftung durch die Lüftungsanlage wird verzichtet.

Übersicht Variante 3a – erhöhte Nachtlüftung (inkl. Wochenende)






– Klimaregion B






h ]– erhöhter Nachtluftwechsel (außerhalb der Nutzung + WE): n= 2 h-1 (Lüftungsanlage)


► Kopieren Sie sich dafür die Variante 3 und speichern diese als „SWS-Gebäudesimulation-Variante 3a“ ab.

► Verändern nun in der Kategorie „Luftaustausch“ die „erhöhte Lüftung“. Öffnen Sie dazu die „Parametertabelle“.

► Die erhöhte Lüftung soll nur noch außerhalb der Nutzungszeit angesetzt werden. Löschen Sie manuell die erhöhte Taglüftung (7:00 – 18:00) aus der Tabelle. Somit greift von Montag bis Freitag wieder die Grundlüftung von 70 m³/h.


► Die Lüftungsanlage soll nicht nur während der Arbeitstage außerhalb der Nutzungszeit betrieben werden, sondern auch am Wochenende. Stellen Sie das über die „erhöhte Lüftung (WE)“ in der Parametertabelle um - 24 Stunden je 105 m³/h. Wie auch von Mo.-Fr. soll die erhöhte Lüftung auch erstam 23°C einsetzten.

Diese Einstellungen werden angezeigt:


Die Übertemperaturgradstunden sind im Gegensatz zur vorherigen Variante auf 169 Kh gestiegen, der Nachweis ist aber immer noch eingehalten..

► Die Kenndaten dieser Variante können wieder in die Vergleichstabelle übernommen werden. Speichern Sie die Werte als Variante 4 mit der Beschreibung „Jalousie 45° außen (WE geschlossen), erhöhte Nacht- und Wochenendlüftung“ ab.


2.4 Vergleich

Die Vergleichstabelle am Ende der Berechnung zeigt die wichtigen Parameter der verschiedenen Variante auf. Diese Tabelle ist mit der Berechnung gekoppelt und kann über das reguläre Druckmenü als Ausdruck ausgegeben werden.

Zu jeder Berechnung wird ein detailliertes Protokoll im Projektverzeichnis angelegt. Folgende Kennwerte werden in der Datei in Stundenwerten detailliert aufgeschlüsselt.

QHK: Heiz- bzw. KühlenergiebedarfTi,Lu: RaumlufttemperaturTi,op: operative Temperatur Kh: ÜbertemperaturgradstundenSonnenschutz: 1 = aktiv, 0= inaktivKunstlicht: 1 = aktiv, 0= inaktivAußenluftvolumen: definierter Luftaustausch in m³/h

Über „Berechnungsziel“ → „Protokolldatei öffnen“ kann das Protokoll der gerade geladenen Berechnung in einer Tabellenkalkulation oder Word Pad angezeigt werden.


3.0 Tageslichtsimulation

In den vorherigen Beispielen wurde mit einem pauschalen Wärmeeintrag gerechnet. Die inneren Wärmequellen (Personen- und Geräteabwärme, Beleuchtung) werden laut DIN 4108-2 mit 229 Watt angesetzt.

In diesem Beispiel soll überprüft werden wie sich die detaillierte Eingabe der internen Wärmeeinträge auf die Übertemperaturgradstunden auswirkt. Personen- bzw. Geräteabwärme und Beleuchtung werden expliziert über separate Wattangaben eingetragen.

• Personenabwärme: leichte Arbeit → 80 W1

• Geräteabwärme: PC + Monitor → 42 Wh/(m²*d) 2

• Beleuchtung: benötigte Beleuchtungsstärke 500 lux3 → 121 W4

1 DIN V 18599-10, Abschnitt 6d2 DIN V 18599-10, Tabelle 5, Spalte 29 – Gruppenraum (zwei bis sechs Personen)3 DIN V 18599-10: 2011-12 Tabelle 5 4 http://beleuchtungspraxis.trilux.com/innenraumbeleuchtung/allgemeine-anforderungen/licht-und-umwelt/beispiele-energiebedarf-fuer-licht-gemaess-din-v-18599-4/ [Seite 11,Stand 23.10.2019]

► Als Basis für die Tageslichtsimulation soll die Variante 3 verwendet werden. Laden Sie die Datei undkopieren Sie diese, indem Sie die Datei unter „Tageslichtsimulation-VDI.dwe“ speichern.

► Gehen Sie zur Kategorie „Innere Wärmequellen“ und entfernen Sie zunächst die „sonstigen Wärmequellen“ über „nicht berücksichtigen“ und bestätigen Sie mit „OK“.


Personenabwärme

Die Personenwärme wird in Abhängigkeit vom Betätigungsgrad und der Belegungsdichte angesetzt. Sie ergibt sich aus den Vollnutzungsstunden und einer sensiblen Wärmeabgabe. Für die Büroarbeit wird die Einordnung „leichte Arbeit“ mit 80 W/Person (DIN V 18599-10, Abschnitt 6d) herangezogen.

► Öffnen Sie nun das Menü „Personenabwärme“. Wählen Sie dort die Auswahl „Personenabwärme“ an. In dem Büroraum sind Arbeitsplätze für 2 Personen geplant. Geben Sie im Dialogfenster „2“ ein.

► Es öffnet sich eine Auswahlliste mit Kenndaten aus der VDI 2078 bzw. der DIN V 18599 Abschnitt 6d. Wählen Sie dort „leichte Arbeit (80 Watt)“ aus.

► Die Eingabe im nächsten Dialogfenster definiert die Nutzungszeit. Geben Sie dort von Stunde 8 bis 18 ein. Das entspricht der regulären Nutzungszeit 7:00 bis 18:00 Uhr. 18

► Die Werte gelten nur für die definierten Nutzungstage und haben einen Strahlungsanteil von 50% (50% konvektiv). Kontrollieren Sie diese Angaben.

Die Abwärme durch Personen im Raum ist nun so hinterlegt:


Geräteabwärme

Auszug VDI 2078: Arbeitshilfen in Büroräumen sind elektrisch betriebene Geräte zur Unterstützung vonallgemeinen Bürotätigkeiten. Darunter fallen in der Hauptsache Computer, Monitore, Drucker, Kopiergeräte und Scanner. Für die Berechnung der maximalen Raumtemperatur ist die maximale Wärmeabgabe dieser Geräte kennzeichnend.Die zu veranschlagenden Leistungen sind vorzugsweise der konkreten Arbeitsplatz- bzw. Büroplanung zu entnehmen, soweit diese vorliegt. Im Vorplanungsstadium muss auf Pauschalwerte zurückgegriffen werden, deren Aktualität allerdings kritisch zu prüfen ist. Eine gute Orientierung bietet im Vorplanungsstadium die Norm DIN V 18599. Ihr Teil 10, Tabelle 5 listet die Wärmeabgabe von Arbeitshilfen für unterschiedliche Nutzungsarten auf. In der Regel ist die Wärmeabgabe der Arbeitshilfen auf die Personen bzw. auf den Arbeitsplatz bezogen, deren Anzahl sich aus der Belegungsdichte ergibt.

Die Ausstattung für die Büroräume in diesem Beispiel ist noch nicht im Detail bekannt. Bekannt ist nur, das zwei Arbeitsplätze entstehen sollen. Aus diesem Grund orientiert sich die Geräteabwärme an den Richtwerten der DIN V 18599.

Laut Tabelle sind 42 Wh/(m²*d) anzusetzen. Umgerechnet auf eine Fläche von 17,5 m² und einer Nutzungszeit von 11 Stunden entspricht das ca. 67 Wh.

► Öffnen Sie die Geräteabwärme und tragen Sie über die „Stundenwerte [W]“ die umgerechneten Wattangaben von 7:00 bis 18:00 Uhr ein.

► Diese Einstellung gilt wie bei der Personenabwärme nur für die Nutzungstage. Der Strahlungsanteil soll mit 25% (→ 75% Konvektiv) angesetzt werden. Schließen Sie das Dialogfenster der „Geräteabwärme“ mit „OK“.

Die Abwärme durch Geräte im Raum ist nun hinterlegt:


Beleuchtung

Auszug VDI 2078: „Im Sinne dieser Richtlinie sind unter Beleuchtungsanlagen alle künstlichen Lichtquellen eines Raums oder einer Zone zu verstehen, die dann Raum oder dieser Zone Wärme zuführen. Dabei sind nur die Wärmemengen zu berücksichtigen, die tatsächlich im zu berechnenden Raum wirksam werden. Die Wärmemengen, die durch Gebäude-technische Anlagen direkt abgeführt werden, z. B. bei Abluftleuchten, gehen nicht in die Berechnung des Raumes ein. […] Genauere Ergebnisse können erzielt werden, wenn die Grenzwerte stundenweise unter Berücksichtigung einer eventuellen Änderung der Einstellung des Sonnenschutzes berechnet werden […] Für den Fall, dass keine genaueren Daten aus einer Lichtplanung vorliegen, kann die

Wärmeabgabe der Beleuchtungsanlage mit dem Tabellenverfahren aus der DIN V 18599 abgeschätzt

werden.“

In diesem Beispiel liegt für das Büro unter Verwendung von LED-Leuchten eine konkrete Beleuchtungsplanung vor. Anhand realer Leuchtendaten nehmen wir 121 Watt / Stunde an. Die Beleuchtungsstärke für den Büroraum soll in Anlehnung an die DIN V 18599-10: 2011-12 Tabelle 5 auf 500 lx ausgelegt werden. Ein Bereitschaftszustand (Stand-by- oder Sleepmodus) wird nicht berücksichtigt.

► Öffnen Sie den Bereich „Beleuchtung“ und tragen Sie über die Parametertabelle „Stundenwerte [W]“während der 11 Nutzungsstunden jeweils 121 Watt ein (während der Nutzungstage).

► Als Beleuchtungsbetrieb soll eine Tageslichtsimulation eingestellt werden. Durch diese Simulation wird die Beleuchtung eingeschaltet, wenn unter „Stundenwerte“ eine Beleuchtungsleistung > 0 Watt angegeben ist und außerdem das natürliche Tageslicht nicht ausreicht.

► Die Beleuchtung hat überwiegend strahlenden Anteil und wird mit 75% festgesetzt. Geben Sie dieseVerteilung und die Beleuchtungsstärke von 500 lx in das Dialogfenster ein.

► Der Tageslichtquotient (Verhältnis Lichtstärke Innen / Außen) wird mit 2% beschrieben. Bestätigen Sie zum Schluss mit „OK“.


Diese Einstellungen sind demnach in dem Abschnitt „Innere Wärmequellen“ definiert. Am Betrachtungstag 6.7.2010 ist die Beleuchtungssituation gut abzulesen.

Hinweis: Über „Solare Einstrahlung durch Fenster“ kann der Betrachtungstag ggf. geändert werden.

Das Einschaltkriterium bei einer Tageslichtsimulation ist PRaum,L < Pgrenz,innen für jede Stunde.

Der Grenzwert Pgrenz,innen [Watt] berücksichtigt die erforderliche Beleuchtungsstärke (erforderliche Helligkeit), den Tageslichtquotienten des Raums (Anordnung der Fenster) den Lichttransmissiongrad TL

(siehe Fensterparameter) und diverse Korrekturfaktoren, siehe VDI 6007, Blatt 3, Abs.11.4.

Die in den Raum eintretende Solarenergie im sichtbaren Bereich PRaum,L wird nach Gl.96 berechnet. Sie berücksichtigt wiederum alle vier Strahlungskomponenten Pdir,F, Pdiff,klar,F, Pdiff,bed,F und PUmg,F, diejeweils mit eigenen Korrekturwerten für den Lichttransmissionsgrad, für den nicht senkrechten Strahlungseinfall kore und mit speziellen korKm -Werten beaufschlagt werden. Die kore-Werte sind dabei analog zu den korg Werten zu ermitteln, für die korKm-Werte gibt es besondere Berechnungsformeln (Gl.98ff).

► Die Werte können nun über „NEU BERECHNEN“ durchgerechnet werden.

Durch die detaillierte Eingabe der Wärmequellen hat sich die Anzahl der Übertemperaturgradstunden von 100 Kh auf 240 Kh erhöht. Nur der Heizenergiebedarf hat sich etwas verringert (von 1.307 kWh zu 1.069 kWh).



► Speichern Sie die Datei als „Tageslichtsimulation-VDI“ ab.

☼ Hinweis: Über die Option „Kopie Berechnungsblatt“ in den „Berechnungsoptionen“ kann die Berechnung leicht mit einer anderen Berechnung verglichen werden. Es öffnet sich ein separates Fenster mit der kompletten Berechnung. Wechseln Sie nun im Berechnungsprotokoll auf die zu vergleichende Berechnung. Über den Bildschalter in dem grau hinterlegten Fenster können Sie die werte automatisch vergleichen lassen. Alle Unterschiede werden somit rot markiert.


Exkurs – Vordimensionierung Beleuchtung

Vordimensionierung nach VDI 2078

Falls die Beleuchtungsplanung noch aussteht kann die Leistung nach DIN V 18599-4, Gl. 10 oder nach VDI 2078, Gl. 25 grob einschätzt werden. In der Gleichung der VDI wird im Gegensatz zur DIN V 18599ohne Wartungsfaktor gerechnet. Zum Vergleich finden Sie nachfolgend die Berechnung nach VDI 2078.

Die spezifische elektrische Bewertungsleistung pj ist wie folgt zu ermitteln (VDI 2078, Gl. 25):

pj,lx = direkt-indirekte Beleuchtung mit spezifischer Bewertungsleistung (VDI 2078 Tabelle 1) = 0,06 W/(m²*lx)

Em = Wartungswert der er Beleuchtungsstärke (DIN V 18599-10 Tabelle 5) = 500 lx kA = Minderungsfaktor zur Berücksichtigung des Bereichs der Sehaufgabe (DIN V 18599-10, Tab.5) = 0,92


kL = Anpassungsfaktor für die stabförmige Lampe (DIN V 18599-4, VDI 2078 Tabelle 2) = 1,1

kR = Korrekturfaktor für den Raumindex (VDI 2078 Tabelle 3) = 0,97

Es ergibt sich die spezifische Anschlussleistung Pj von 29,45 W/ m² (0,06 W/(lx*m2) * 500 lx * 0,92 * 1,1 * 0,97) und damit die Gesamtanschlussleistung für den Raum von 515,36 Watt.

Vordimensionierung nach DIN V 18599

Nach der DIN V 18599-4:2011 Gl.10 wird in in der Berechnung der elektrischen Bewertungsleistung P j

zusätzlich der „Anpassungsfaktor zur Berücksichtigung des Wartungsfaktors“ (kWF) berücksichtigt.

Dieser Faktor berechnet sich wie folgt: kWF = 0,67 / WF. Wird WF pauschal mit 0,67 berücksichtigt

ergibt sich dabei der Wert 1,0. Daher sind die Berechnungen (im Vergleich zur VDI) wieder identisch.

Wird der Wartungsfaktor WF mit der Pauschale berücksichtigt ergibt sich die gleiche spezifische Anschlussleistung Pj (0,06 W/(lx*m2) * 500 lx *1 * 0,92 * 1,1 * 0,97) und dementsprechend auch die identische Gesamtanschlussleistung für den Raum von 515,36 Watt.


4.0 Drucken

Über das reguläre Druckmenü in der Menüzeile kann der Nachweis gedruckt werden.

Wählen Sie sich über „Druckjobliste hinzufügen“ → „2 Druckjobliste detailliert“ die gewünschte Berechnung aus. Aktivieren Sie dazu über „Gebäudeberechnungen“ und markieren die gewünschte Berechnung z.B. „SWS-Gebäudesimulation-Variante 3.dwe“ und zusätzlich die Berechnungsseite „Gebäudesimulation VDI“. Durch Klick auf „hinzufügen“ übernehmen Sie die Auswahl in das Druckfenster.

Über „Word-Export“ + „starten“ wählen Sie Ihr Textverarbeitungsprogramm (in der Regel „mit der Standard-Textausgabe“) → „OK/Starten“ generiert das Dokument und öffnet es.


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Gebäudesimulation VDI 6007

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